JPH0445448B2 - - Google Patents
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- JPH0445448B2 JPH0445448B2 JP58180107A JP18010783A JPH0445448B2 JP H0445448 B2 JPH0445448 B2 JP H0445448B2 JP 58180107 A JP58180107 A JP 58180107A JP 18010783 A JP18010783 A JP 18010783A JP H0445448 B2 JPH0445448 B2 JP H0445448B2
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- boron
- chlorosilane
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
- C01B33/10778—Purification
- C01B33/10784—Purification by adsorption
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
半導体デバイスに使用するための多結晶質ケイ
素の製造は通常には、高められた温度における
種々のクロロシランの水素還元によつて行われ
る。半導体ケイ素に対する厳格な純度制限の故に
該出発材料は、でき得る限り最高の純度を有する
ものであるべきである。半導体ケイ素中のホウ素
不純物は一般的に最も厄介である。なぜならケイ
素中のホウ素は1に近い分配係数を有し、しかも
そのため通常には慣用のゾーン精製法によつて金
属ケイ素から除去することができないからであ
る。不都合なことには、該ホウ素含有不純物はク
ロロシランから除去することもまた困難である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The production of polycrystalline silicon for use in semiconductor devices is commonly accomplished by hydrogen reduction of various chlorosilanes at elevated temperatures. Due to the strict purity limits for semiconductor silicon, the starting material should be of the highest possible purity. Boron impurities in semiconductor silicon are generally the most troublesome. This is because boron in silicon has a partition coefficient close to 1 and therefore cannot normally be removed from silicon metal by conventional zone refining methods. Unfortunately, the boron-containing impurities are also difficult to remove from chlorosilanes.
当業界においては、より良好な品質の半導体ケ
イ素を製造するためにクロロシランを精製する多
数の試みがなされて来た。これらの精製技術とし
ては例えば反復蒸留、水処理(例えば1970年11月
17日発行の米国特許第3540861号明細書参照)、及
びホウ素含有不純物、ならびにでき得れば他の不
純物をも除去するための吸着剤の使用が包含され
る。米国特許第4112057号明細書(1978年9月5
日発行)は、液体クロロシランを3〜8重量%の
水を含有する水和金属酸化物又は水和ケイ酸塩の
有効量により処理し、次いで該処理されたクロロ
シランを大気圧下に沸点よりも約3〜15℃高い温
度において蒸留することにより、ホウ素含有不純
物によつて汚染されたクロロシランを精製するこ
とができることを教示している。上記米国特許第
4112057号明細書の吸着剤に対し、水を周期的に
添加して含水量を3〜8%の範囲に保つ必要があ
る。この方法においては吸着剤としてシリカが使
用されるけれど上記米国特許第4112057号明細書
においては液相吸着のみが開示されている。 There have been numerous attempts in the industry to purify chlorosilanes to produce better quality semiconductor silicon. These purification techniques include, for example, repeated distillation, water treatment (e.g.
(see US Pat. No. 3,540,861, issued Nov. 17) and the use of adsorbents to remove boron-containing impurities, and possibly also other impurities. U.S. Patent No. 4112057 (September 5, 1978)
(Published in Japan) treats a liquid chlorosilane with an effective amount of a hydrated metal oxide or hydrated silicate containing 3 to 8% water by weight, and then the treated chlorosilane is heated below its boiling point at atmospheric pressure. It is taught that chlorosilanes contaminated with boron-containing impurities can be purified by distillation at temperatures about 3-15°C higher. The above U.S. patent no.
For the adsorbent of '4112057, it is necessary to periodically add water to maintain the water content in the range of 3-8%. Although silica is used as an adsorbent in this method, only liquid phase adsorption is disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,112,057.
米国特許第3071444号明細書(1963年1月1日
発行)は、シリカを包含する種々の吸着剤の層に
液体クロロシランを通すことによりクロロシラン
を精製することができることを教示している。し
かしながらシリカを効果的なものとするには、該
物質を長時間にわたつて空気中で約270℃または
それ以上の温度において予備活性化する必要があ
つた。更に、クロロシランと吸着剤との間の長い
接触時間が採用された。前記米国特許第3071444
号明細書は、気相状態クロロシランを任意の開示
された吸着剤に通すことによるクロロシランの精
製法を開示していない。 U.S. Pat. No. 3,071,444 (issued January 1, 1963) teaches that chlorosilanes can be purified by passing liquid chlorosilane through layers of various adsorbents, including silica. However, for silica to be effective, it was necessary to preactivate the material in air for an extended period of time at temperatures of about 270 DEG C. or higher. Additionally, long contact times between chlorosilane and adsorbent were employed. Said U.S. Patent No. 3071444
No. 5,922,301 does not disclose a method for purifying chlorosilane by passing the gas phase chlorosilane through any of the disclosed adsorbents.
クロロシラン(1959年3月10日発行の米国特許
第2877097号明細書)ならびにオルガノクロロシ
ラン(1968年12月3日発行の米国特許第3414603
号明細書)の精製に対しては、イオン交換樹脂を
使用する吸着技術もまた使用されて来た。上記両
特許明細書は、イオン交換樹脂を通過させること
によるクロロシランからの不純物(ホウ素を包含
する)の吸着はクロロシランの状態(液相又は気
相)に無関係であつたことを教示している。換言
すれば、上記米国特許第2877097号、及び同第
3414603号各明細書は種々のクロロシランからの、
イオン交換樹脂を使用しての不純物の液相吸着と
気相吸着とは等価方法であるということを教示し
ているのである。 Chlorosilanes (U.S. Pat. No. 2,877,097, issued March 10, 1959) and organochlorosilanes (U.S. Pat. No. 3,414,603, issued December 3, 1968).
Adsorption techniques using ion exchange resins have also been used for the purification of ion exchange resins. Both patents teach that the adsorption of impurities (including boron) from chlorosilane by passage through an ion exchange resin was independent of the state of the chlorosilane (liquid or gas phase). In other words, the above U.S. Pat. No. 2,877,097;
No. 3414603 each specification describes various chlorosilanes,
It teaches that liquid phase and gas phase adsorption of impurities using ion exchange resins are equivalent methods.
本発明の一つの目的は、クロロシランをより一
層容易に精製することのできる方法を提供するこ
とである。もう一つの目的は、クロロシランから
ホウ素含有不純物をより一層容易に除去すること
のできる方法を提供することである。なおもう一
つの目的は、半導体ケイ素の製造に使用するのに
好適であり、ホウ素含有不純物を実質上含有しな
いトリクロロシランの製造方法を提供することで
ある。本発明のなおもその他の目的は、本明細書
を考慮した場合に当業者に明らかである。 One object of the present invention is to provide a method by which chlorosilane can be purified more easily. Another object is to provide a method by which boron-containing impurities can be more easily removed from chlorosilane. Yet another object is to provide a method for producing trichlorosilane which is suitable for use in the production of semiconductor silicon and is substantially free of boron-containing impurities. Still other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art upon consideration of this specification.
本発明は、モノクロロシラン、ジクロロシラ
ン、トリクロロシラン及びテトラクロロシランよ
り成る群から選択されるクロロシランの精製方法
に関し、この場合前記クロロシランはホウ素含有
不純物により汚染されており、前記方法は、(A)ク
ロロシランを気相においてシリカ床を通過させ、
前記シリカ床は本工程(A)の操作圧力におけるクロ
ロシランの沸点よりも3℃以上高い温度にあり、
かつ前記シリカが約0.25重量%以上の全ヒドロキ
シル基を有する工程と、(B)有意に減少された量
の、ホウ素含有不純物を有する精製されたクロロ
シランを採集する工程、とを包含する。 The present invention relates to a method for purifying a chlorosilane selected from the group consisting of monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and tetrachlorosilane, wherein said chlorosilane is contaminated with boron-containing impurities, and said method comprises: (A) chlorosilane is passed through a silica bed in the gas phase,
The silica bed is at a temperature 3° C. or more higher than the boiling point of the chlorosilane at the operating pressure of this step (A),
and (B) collecting purified chlorosilane having a significantly reduced amount of boron-containing impurities.
本発明は種々のクロロシランからホウ素含有不
純物を除去し、それにより該クロロシランを種々
の公知の還元技術(特に水素還元技術)による半
導体ケイ素の製造に更に好適なものとする方法に
関する。本発明方法による精製に好適なクロロシ
ランは一般式:
CloSiH4-o
(式中、nは1、2、3又は4である)を有する
クロロシランを包含する。更に詳しくは、これら
クロロシランはモノクロロシラン、ジクロロシラ
ン、トリクロロシラン、及びテトラクロロシラン
を包含する。ジクロロシラン及びトリクロロシラ
ンは本発明の実施に対して好ましい化学種であ
る。金属ケイ素と塩化水素との、いわゆる「直接
法」反応において生成されるトリクロロシランは
本発明の実施に対して特に好ましい化学種であ
る。 The present invention relates to a method for removing boron-containing impurities from various chlorosilanes, thereby making them more suitable for the production of semiconductor silicon by various known reduction techniques, particularly hydrogen reduction techniques. Chlorosilanes suitable for purification by the method of the invention include those having the general formula: Cl o SiH 4-o , where n is 1, 2, 3 or 4. More specifically, these chlorosilanes include monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane. Dichlorosilane and trichlorosilane are the preferred species for the practice of this invention. Trichlorosilane produced in the so-called "direct process" reaction of silicon metal with hydrogen chloride is a particularly preferred species for the practice of this invention.
本発明方法は蒸気状クロロシランをシリカ床、
好ましくは吸着カラム又は吸着塔のシリカの固定
床を通過させ、そこにおいて有意量のホウ素含有
不純物を該クロロシランから除去し、次いで該精
製されたクロロシランを採集することにより行
う。本発明方法を有利にするためにはクロロシラ
ンはシリカと接触中、気相状態でなければならな
い。従来の技術の精製方法に優る本発明方法の利
点としては、とりわけてホウ素不純物の除去に対
するシリカの改良された能力、ホウ素除去に対す
る改良された効率及びホウ素除去のためのシリカ
とクロロシランとの間の短縮された接触時間を包
含する。これらの利点については後記実施例にお
いて更に詳細に説明する。 The method of the present invention involves converting vaporized chlorosilane into a silica bed.
This is preferably done by passing the chlorosilane through a fixed bed of silica in an adsorption column or tower where significant amounts of boron-containing impurities are removed from the chlorosilane and then collecting the purified chlorosilane. For the process of the invention to be advantageous, the chlorosilane must be in the gas phase during contact with the silica. Advantages of the process of the present invention over prior art purification methods include, among others, improved ability of silica to remove boron impurities, improved efficiency for boron removal, and improved efficiency between silica and chlorosilane for boron removal. Includes reduced contact time. These advantages will be explained in more detail in Examples below.
該シリカ床の温度はクロロシランの気相のまま
でいるような温度でなければならない。それ故、
シリカゲル床の温度は、該シリカ床の操作圧力下
におけるクロロシランの沸点よりも約3℃以上高
温であるべきである。シリカ床の吸着能力及び効
率は該シリカ床の温度が約85℃以上になる時、減
少することがわかつた。したがつて、最高の精製
を達成するためにはシリカ床の温度を約85℃以下
にとどめることが好ましい。本発明の手順により
トリクロロシランを精製する場合には、吸着床の
温度が約50〜75℃の間であることが特に好まし
い。 The temperature of the silica bed must be such that the chlorosilane remains in the gas phase. Therefore,
The temperature of the silica gel bed should be about 3° C. or more above the boiling point of the chlorosilane under the operating pressure of the silica gel bed. It has been found that the adsorption capacity and efficiency of a silica bed decreases when the temperature of the silica bed rises above about 85°C. Therefore, it is preferred to keep the temperature of the silica bed below about 85°C to achieve maximum purification. When trichlorosilane is purified by the procedure of the present invention, it is particularly preferred that the adsorption bed temperature be between about 50 and 75°C.
吸着カラムの圧力は臨界的ではない。しかしな
がら当業者に理解されているように、好ましい温
度範囲内における操作が所望される場合には、該
圧力は上記温度制限に適応することのできないほ
ど過大であるべきではない。換言すれば、クロロ
シランの沸点よりも3℃高く、しかも約85℃以下
の好ましい温度範囲においてシリカ床を操作する
ことが所望される場合には、吸着カラムの圧力は
該精製されるべきクロロシランの沸点を約82℃の
温度に上げるのに要する圧力以下であるべきであ
る。そのように所望されない場合は、圧力は大気
圧以下、又は大気圧以上であることができる。 The pressure in the adsorption column is not critical. However, as will be understood by those skilled in the art, if operation within the preferred temperature range is desired, the pressure should not be so great that the above temperature limits cannot be accommodated. In other words, if it is desired to operate the silica bed in a preferred temperature range of 3° C. above the boiling point of the chlorosilane, but below about 85° C., the adsorption column pressure should be equal to or below the boiling point of the chlorosilane to be purified. The pressure should be less than that required to raise the temperature to a temperature of about 82°C. If not so desired, the pressure can be subatmospheric or superatmospheric.
本発明に有用なシリカの形態としては、シリカ
ゲル、シリカ粉末、ヒユームド(fumed)シリ
カ、無定形シリカ、及び沈降シリカを包含する。
本発明の実施に当たつて使用したシリカは製造者
又は供給者から受け入れたままのものを使用し
た。該シリカの遊離水含量は強制空気対流炉中、
105℃において3時間にわたる重量減により測定
した。試験したシリカは遊離水含量約0〜6重量
%を有した。該シリカの全ヒドロキシル含量はリ
チウムアルミニウム・ジ−n−ブチルアミドによ
る滴定により測定した。この滴定法は米国ニユー
ヨーク市、A.L.スミス(Smis)(Ed)、ジヨン
ウイリー アンド・ソンズ(John Wiley and
Sons)(1974年)の「シリコーンの分析
(Amalysis of Silicones)」、第139頁〜第142頁に
以下のとおり、詳細に記載されている。 Forms of silica useful in the present invention include silica gel, silica powder, fumed silica, amorphous silica, and precipitated silica.
The silica used in the practice of this invention was as received from the manufacturer or supplier. The free water content of the silica is determined in a forced air convection oven.
Measured by weight loss over 3 hours at 105°C. The silica tested had a free water content of about 0-6% by weight. The total hydroxyl content of the silica was determined by titration with lithium aluminum di-n-butylamide. This titration method was developed by AL Smith (Ed), New York City, USA.
John Wiley and Sons
Sons (1974), "Amalysis of Silicones", pp. 139-142, as detailed below.
「全ヒドロキシルの滴定法」
KER(カールフイツシヤー試薬)滴定はシラノ
ール+水の定量に用いられてきた。多くの単量体
及び障害がないシラノール基はメタノールと反応
させると滴定又は過剰のKFRと接触した時、
SiOH1モル当たり水1モルを生成する。``Total hydroxyl titration method'' KER (Karl Fitscher reagent) titration has been used to quantify silanol + water. When many monomers and unhindered silanol groups are reacted with methanol and titrated or contacted with excess KFR,
One mole of water is produced per mole of SiOH.
≡SiOH+MeOH→≡SiOMe+H2O (1)
H2O+I2+SO2+MeOH→2Hl+MeHSO4 (2)
もしKFRが過剰に加わると標準水−メタノー
ルによる逆滴定法が用いられる。多くのシラノー
ル基はアルコール溶媒中では立体障害や溶解度の
制限などの問題があるため不完全に又はゆつくり
と反応する。この方法は低分子量のシラノールま
たは単量体に一番よくあてはまる。一部変えた方
法を用いると水との早い反応速度はシラノール−
メタノール反応と区別ができる。シクロトリシロ
キサンは速やかにメタノールと反応して水を生じ
著しく妨害をおこす。しかし他の構造のシロキサ
ンは充分反応しても妨害をおこすことはないよう
である。≡SiOH+MeOH→≡SiOMe+H 2 O (1) H 2 O+I 2 +SO 2 +MeOH→2Hl+MeHSO 4 (2) If too much KFR is added, back titration with standard water-methanol is used. Many silanol groups react incompletely or slowly in alcoholic solvents due to problems such as steric hindrance and limited solubility. This method applies best to low molecular weight silanols or monomers. Using a slightly modified method, a fast reaction rate with water can be achieved with silanol-
It can be distinguished from the methanol reaction. Cyclotrisiloxane reacts rapidly with methanol to form water and cause significant interference. However, siloxanes of other structures do not seem to cause any interference even if they react sufficiently.
リチウムアルミニウム・ジ−n−ブチルアミド
を用いるシリコーン化合物中の全ヒドロキシル
(HOH、SiOH、COH)の滴定は報告されてい
る。 Titration of total hydroxyls (HOH, SiOH, COH) in silicone compounds using lithium aluminum di-n-butylamide has been reported.
LiAl(NBu2)4+4ROH→4Bu2NH+LiOR+Al(O
R)2(3)
メルカプタン(SH)も定量的に滴定される。
試薬の貯蔵所やビユレツトのデザインが改良され
たため日常の使用により実用的なむしろ分解し易
い試薬が作られてきた。妨害もほとんどなく、
SiH、SiOR、SiOSiの結合も影響されない。アセ
トキシ化合物は指示薬の反応を妨害する。水は化
学量論的に反応するため、これらの滴定の条件下
ではその回収率は約75%である。水とSiOHとの
比率が比較的大きく変化すると、全ヒドロキシル
価は狂いが幾分低くでてくるだろう。 LiAl(NBu 2 ) 4 +4ROH→4Bu 2 NH+LiOR+Al(O
R) 2 (3) Mercaptan (SH) is also quantitatively titrated.
Improvements in the design of reagent reservoirs and barrels have produced reagents that are practical and rather easily degraded by routine use. There is almost no interference,
Bonds of SiH, SiOR, and SiOSi are also unaffected. Acetoxy compounds interfere with indicator reactions. Since water reacts stoichiometrically, its recovery is approximately 75% under these titration conditions. If the ratio of water to SiOH changes relatively significantly, the total hydroxyl number will become somewhat less skewed.
この全ヒドロキシル法の主な利点は、迅速性、
ヒドロキシルのPPM及び百分率レベルの何れで
も精度のよいこと及び一般的に適用できることで
ある。いつたん滴定容器がアミド試薬で滴定さ
れ、標定が行われ“干上つて”しまうと、サンプ
ルは1〜2分で分析されるだろう。試薬の規定度
は、1PPMから10%以上のヒドロキシルを含むサ
ンプルを再現性よく滴定できるであろうから、
0.02から0.5の間を変動することは許容される。
希釈した滴定標準液は標準となる固体を使用して
一番よく標定する。それには例えば2−ナフトー
ルを用いるがその5〜10mgは容易に秤量し得る。
いろいろな滴定用溶媒が用いられる。テトラヒド
ロフラン(THF)、THF−ピリジン又はトルエ
ンはシリコーン流体や樹脂をかなりよく溶かす。
しかし大変高粘度の流体やゴムはうまくいかな
い。あるものは一回又はそれ以上滴定を行うとゲ
ルや沈澱物を生じる。ひんぱんに溶媒をかえてこ
の問題点を最小限度にしている。 The main advantages of this all-hydroxyl method are its rapidity,
Both PPM and percentage levels of hydroxyl are accurate and generally applicable. Once the titration vessel has been titrated with the amide reagent, standardization has been performed, and it has "dryed up," the sample will be analyzed in 1-2 minutes. The normality of the reagent is such that samples containing more than 10% hydroxyl can be reproducibly titrated from 1 PPM.
It is allowed to vary between 0.02 and 0.5.
Diluted titration standards are best standardized using solid standards. For example, 2-naphthol is used, and 5 to 10 mg of it can be easily weighed.
A variety of titration solvents are used. Tetrahydrofuran (THF), THF-pyridine or toluene dissolve silicone fluids and resins fairly well.
However, very high viscosity fluids and rubbers do not work well. Some produce gels or precipitates after one or more titrations. This problem is minimized by frequently changing the solvent.
試薬類
エチレングリコール、ジメチルエーテル
(Ansul 121、モノグライム)
ジ−n−ブチルアミン、イーストマン 1260
4−フエニルアゾジフエニルアミン、イーストマ
ン 1714 ベンゼンに溶かし0.1%溶液とする。Reagents Ethylene glycol, dimethyl ether (Ansul 121, Monoglyme) Di-n-butylamine, Eastman 1260
4-Phenylazodiphenylamine, Eastman 1714 Dissolve in benzene to make a 0.1% solution.
リチウムアルミニウム水素化物10メツシユ、95
%
2−ナフトール、イーストマン 171 酸化バ
ルウムを用いデシケーター中で乾燥する。 Lithium aluminum hydride 10 mesh, 95
% 2-Naphthol, Eastman 171 Dry in a dessicator using barium oxide.
リチウム アルミニウム ジブチルアミド滴定
標準液0.5Nのストツク用試薬は次のようにして
調製する。モノグライム、ジブチルアミン及び
THFは3−ftの分子篩(5A、8×12メツシユビ
ーズ)の塔をゆつくり流して乾燥する。 A stock reagent of lithium aluminum dibutylamide titration standard solution 0.5N is prepared as follows. Monoglyme, dibutylamine and
The THF is dried by slowly flowing through a 3-ft molecular sieve (5A, 8 x 12 mesh beads) tower.
3600mlのモノグライムを5の三つ口フラスコ
に加える。二、三滴の指示薬を加え、N2置換を
始めマグネチツクスターラーでかきまぜる。赤色
の指示薬の色が存続(わずかに過剰にLiAlH4が
存在)するまで少量のLiAlH4を加える。 Add 3600ml of Monoglyme to the three-necked flask from Step 5. Add a few drops of indicator and stir with a magnetic stirrer to begin N2 substitution. Add a small amount of LiAlH4 until the red indicator color persists (a slight excess of LiAlH4 is present).
LiAlH4を25g加え溶けるまでかきまぜる。水の
冷却管をフラスコにとりつけ、混合物を20分間静
かに還流させる。ゆつくりと500mlのジブチルア
ミンを滴下漏斗から加え10分間還流させる。固形
物が透明になるまで24時間N2置換を続行する。
透明液をポリエチレンの管を通しフラスコにわず
かにN2圧をかけ125mlの小びんに移しかえる。
夫々の小びんをクリンパーを用いてテフロン−ゴ
ムのデイスク及びアルミニウム線で封じる。(試
薬はこの状態で6〜12月は安定に貯蔵できる。)
125mlの小びんにある乾燥モノグライムを用い〜
0.5Nの貯蔵用試薬を希釈し所望のアミド滴定標
準液が調整できる。ブチルゴム隔膜、アルミニウ
ム栓及びクリンパーを使つてシールすること。 Add 25g of LiAlH 4 and stir until dissolved. Attach a water condenser to the flask and gently reflux the mixture for 20 minutes. Slowly add 500 ml of dibutylamine through the dropping funnel and reflux for 10 minutes. Continue the N2 purge for 24 hours until the solid becomes clear.
Transfer the clear liquid through polyethylene tubing to a 125 ml vial by applying slight N 2 pressure to the flask.
Seal each vial with a Teflon-rubber disc and aluminum wire using a crimper. (The reagent can be stored stably in this state from June to December.)
Using the dried monoglyme in the 125ml small bottle~
The desired amide titration standard solution can be prepared by diluting the 0.5N stock reagent. Seal using butyl rubber septum, aluminum stopper and crimper.
2mlビユレツト(第1図参照)このビユレツト
は内径2mmの硝子製リユーア(Luer)ジヨイン
トを付した特注の2ml自動ゼロ点調整ビユレツト
と一部変更し、更に皮下注射用針が接続できる放
出及び補給先端部をとりつけた。
2 ml barrel (see Figure 1) This barrel has been modified to include a custom 2 ml self-zeroing barrel with a 2 mm inner diameter glass Luer joint, as well as a dispensing and refilling tip to which a hypodermic needle can be connected. I took over the department.
皮下注射用針2.5cm及び12.7cm長
付属小びん125mlピアス化学会社クリンパー、
アルミニウム栓、テフロン−ゴム積層デイスク及
びブチルゴム隔膜付のもの。 Hypodermic injection needle 2.5cm and 12.7cm length Attached small bottle 125ml Piercing Chemical Company Crimper,
With aluminum stopper, Teflon-rubber laminated disc and butyl rubber diaphragm.
2.5cmの注射針をビユレツトの放出先端部に接
続し12.7cmの針は補給口に接続する。12.7cmの針
は滴定標準液の小びんの隔膜を通して挿入する。
乾燥窒素源に接続した2.5cm針で試薬びんを加圧
しビユレツトを満たす。20〜25mlの乾燥THF(又
はトルエン、THF−ピリジンのような他の溶媒)
を50mlの付属小びんに導入しブチルゴム隔膜でカ
バーする。(栓はしない。)ビユレツト先端部の針
を挿入し、指示薬を添加、マグネチツクスターラ
ーを動かし指示薬が黄色から終点の赤紫色に変わ
り30秒又はそれ以上接続する間滴定する。アミド
試薬は毎日アルミニウム皿又はヨウ素フラスコで
秤量した2−ナフトールで標定する。又は0.1N
より強い試薬を標定するためには乾燥したアミル
アルコールを使用する。
Connect a 2.5 cm needle to the dispensing tip of the bottle and a 12.7 cm needle to the fill port. A 12.7 cm needle is inserted through the septum of the titration standard vial.
Pressurize the reagent bottle with a 2.5 cm needle connected to a dry nitrogen source to fill the bottle. 20-25 ml dry THF (or other solvent like toluene, THF-pyridine)
into the attached 50 ml vial and cover with a butyl rubber septum. (Do not plug.) Insert the needle at the tip of the bottle, add the indicator, move the magnetic stirrer, and continue titrating for 30 seconds or longer until the indicator changes from yellow to the end point of reddish-purple. The amide reagent is standardized daily with weighed 2-naphthol in aluminum dishes or iodine flasks. Or 0.1N
Dry amyl alcohol is used to standardize stronger reagents.
液状又は固形のサンプルを同じ方法で加え30秒
間終点が安定した所で滴定する。普通10ケ又はそ
れ以上のサンプルは反応生成物が沈澱してくるま
では同一滴定溶媒で分析ができる。ゲル化がおこ
つた場合には溶媒は滴定ごとに変えなければなら
ない。 Add the liquid or solid sample in the same manner and titrate for 30 seconds until the end point is stable. Usually 10 or more samples can be analyzed using the same titration solvent until the reaction products precipitate. If gelation occurs, the solvent must be changed between titrations.
全ヒドロキシルの百分率の計算式は次の通りで
ある。 The formula for calculating the percentage of total hydroxyls is:
%OH=(ml)(Nアミド)(0.017)(100)/サンプル
重量(g)(4)
もしすべてのヒドロキシルが水と仮定すると計
算式は次のようになる。%OH = (ml) (N amide) (0.017) (100) / sample weight (g) (4) If all hydroxyls are assumed to be water, the calculation formula is as follows.
%H2O=(ml)(Nアミド)(0.017)(100)/〔サン
プル重量(g)〕(0.75)*(1.89)**
(5)
* 標準がアルコールの時の75%の回収率の差異
を補正する係数
** 2(OH)/H2Oに対する係数
これらの手順により含水量とシリカ上の≡
SiOH表面基の両方が測定される。全ヒドロキシ
ルの測定前にはシリカを乾燥しなかつた。試験試
料に対するリチウムアルミニウムジ−n−ブチル
アミド滴定により、全ヒドロキシル含量は約1〜
3(重量)%の範囲内であることがわかつた。ク
ロロシランからのホウ素除去に対する気相吸着法
の成績は確かにシリカの全ヒドロキシル含量と共
に変動すると思われる。非常に少量の全ヒドロキ
シルを含有するシリカを除いて、この成績の変動
は小さい。全ヒドロキシル約0.25重量%以下を有
するシリカは本発明に使用するのに不適当である
ことが予想される。最良の成績を得るためにはシ
リカが少なくとも1.0%の全ヒドロキシルを含有
することが好ましい。当業者に公知であるよう
に、本発明に使用されるシリカの遊離水含量に対
しては最高限度が存在する。この最高限度はクロ
ロシランの加水分解の可能性から生ずる。シリカ
中の過剰な水によつて生ずる過度の加水分解によ
り吸着カラムが詰まつて来て、それにより該カラ
ムを通る蒸気の流れが制限され、かつカラムを通
しての過大の圧力降下が生ずる場合がある。本発
明の最大の有用性を得るためには上記のような
「湿潤した」シリカの使用は回避すべきである。
気相吸着法を採用して行つた実験のいずれにおい
ても、現在までにカラムの詰まりは観察されてい
ない。しかしながらカラムの詰まりの問題の可能
性を最小化するためには、該遊離水含量は約10重
量%以下であるべきであると判断される。%H 2 O = (ml) (N amide) (0.017) (100) / [sample weight (g)] (0.75) * (1.89) ** (5) * 75% recovery when the standard is alcohol Factors to correct for differences in ** coefficients for 2(OH)/H 2 O These procedures determine the water content and ≡ on silica
Both SiOH surface groups are measured. The silica was not dried before measuring total hydroxyls. Lithium aluminum di-n-butylamide titration on the test sample determined that the total hydroxyl content was between ca.
It was found that the content was within the range of 3% (by weight). The performance of gas phase adsorption methods for boron removal from chlorosilanes does appear to vary with the total hydroxyl content of the silica. With the exception of silica, which contains very small amounts of total hydroxyls, the variation in performance is small. It is anticipated that silica having less than about 0.25 weight percent total hydroxyls will be unsuitable for use in the present invention. It is preferred that the silica contain at least 1.0% total hydroxyls for best performance. As known to those skilled in the art, there are maximum limits to the free water content of the silica used in the present invention. This maximum limit arises from the possibility of hydrolysis of the chlorosilane. Excessive hydrolysis caused by excess water in the silica can clog the adsorption column, thereby restricting vapor flow through the column and causing excessive pressure drop across the column. . To obtain maximum utility of the present invention, the use of "wet" silica as described above should be avoided.
To date, no column clogging has been observed in any of the experiments conducted using the gas phase adsorption method. However, it is determined that the free water content should be about 10% by weight or less to minimize the potential for column clogging problems.
シリカの粒度及び粒度分布もまた変動すること
ができる。現在までに試験された最良のシリカは
28〜200メツシユの粒度と共に、粒子の約35〜65
%が65メツシユの篩上に残留するような粒度分布
を有する。粒度が減少すると共に、シリカ固定床
を越えての圧力降下が増加する。高度の圧力降下
を有するシリカ床カラムは本発明の実施に当たつ
て確かに機能はするが、しかし該圧力降下を克服
するのに必要な、より大きなポンプ及びその他の
装置に基づく高額の資本投下を必要とする。シリ
カの粒度が大きくなるにつれて、クロロシランの
精製に対する効率及び能力が減少することが予想
される。例えば12〜28メツシユの粒度を有するシ
リカは、28〜200メツシユの物質が示す結果より
も、より劣つた結果を示す。該12〜28メツシユの
物質は、28〜200メツシユのシリカについての
1500〜2000HSiCl3/gSiO2の能力及びホウ素約90
%の除去に対して、約500gHSiCl3/gSiO2の能力
を有し、かつホウ素のわずかに約63%を除去する
に過ぎない。しかしながら、より大きな粒度の物
質の成績は液相吸着方式と比較して、気相吸着方
式がなおも優れている。 The particle size and particle size distribution of the silica can also vary. The best silica tested to date is
Approximately 35 to 65 of particles, with a particle size of 28 to 200 mesh
It has a particle size distribution such that 65% remains on the sieve. As the particle size decreases, the pressure drop across the fixed bed of silica increases. Silica bed columns with high pressure drops do work in the practice of this invention, but the high capital investment due to the larger pumps and other equipment required to overcome the pressure drops Requires. As the particle size of silica increases, it is expected that the efficiency and capacity for purification of chlorosilanes will decrease. For example, silica having a particle size of 12 to 28 meshes exhibits poorer results than materials of 28 to 200 meshes. The 12-28 mesh substance has a silica content of 28-200 mesh.
Capacity of 1500~ 2000HSiCl3 / gSiO2 and boron approx. 90
% removal, it has a capacity of about 500 gHSiCl 3 /gSiO 2 and removes only about 63% of the boron. However, the performance of larger particle size materials is still superior for gas phase adsorption systems compared to liquid phase adsorption systems.
試験したシリカはすべて大きな表面積を有して
いた。100m2/gよりも大きな表面積を有するシ
リカは本発明の実施に対して好適であることが認
められる。しかしながら500m2/gよりも大きな
表面積を有するシリカが好ましい。 All silicas tested had large surface areas. It is recognized that silica having a surface area greater than 100 m 2 /g is suitable for the practice of the present invention. However, silica with a surface area greater than 500 m 2 /g is preferred.
本発明方法は蒸気状クロロシランをシリカに通
し、次いで精製されたクロロシラン流出物を採集
することにより行う。クロロシランがシリカを通
過することにより、未精製クロロシラン原料に比
較して有意に減少された量のホウ素含有不純物を
含有する流出物を生ずる。該「有意に減少された
量」の意味はクロロシラン原料のホウ素含量に関
係する。ホウ素はクロロシラン中に原子状態では
なく化合物の形で含まれるが、本明細書で記され
る「ホウ素含有量」とは、含まれるホウ素化合物
の量をホウ素原子の量に換算した値である。クロ
ロシラン原料が約500ppba(1ビリオン原子当た
りの部)以上のホウ素を含有する場合には、「有
意に減少された量」はホウ素含有不純物の少なく
とも75%がクロロシラン原料から除去されること
を意味すると解される。クロロシラン原料が
50ppbaと500ppbaとの間のホウ素を含有する場合
には「有意に減少された量」はホウ素含有不純物
の少なくとも50%が該クロロシラン原料から除去
されることを意味すると解される。クロロシラン
原料が50ppba以下のホウ素を含有する場合は
「有意に減少された量」はホウ素含有不純物の少
なくとも25%が本発明の実施によりクロロシラン
原料から除去されることを意味すると解される。
大ていの場合、適当なシリカ吸着カラムに蒸気を
通すことによりホウ素含有不純物の90%以上が未
精製クロロシラン原料から除去される。精製され
たクロロシランの流出物の流れは通常には
100ppba以下、多くの場合に50ppba以下のホウ素
を含有する。本発明方法において試験した大てい
のシリカの能力は1500〜2000gHSiCl3/gSiO2の
範囲内にあつた。シリカカラムの能力に接近する
につれて流出物中のホウ素含量は増加する。流出
物のホウ素含量がホウ素約150ppbaに達した時、
カラムはホウ素の「漏出(breakthrough)」水準
に達したといわれ、かつ殆ど消耗したものと認め
られる。もし漏出点に到達後に更にクロロシラン
を該カラムに通せば、流出物のホウ素含量は急速
に高水準に上昇し、原料クロロシラン中における
ホウ素の水準に接近する。すなわち、もし
150ppba以下のホウ素を含有するクロロシランの
精製が意図されるならば、この「漏出」の定義は
適用されない。 The process of the present invention is carried out by passing vaporous chlorosilane through silica and then collecting the purified chlorosilane effluent. Passing the chlorosilane through the silica produces an effluent containing significantly reduced amounts of boron-containing impurities compared to the raw chlorosilane feed. The meaning of "significantly reduced amount" is related to the boron content of the chlorosilane feedstock. Although boron is contained in chlorosilane in the form of a compound rather than in an atomic state, the "boron content" described herein is a value obtained by converting the amount of the boron compound contained into the amount of boron atoms. If the chlorosilane feedstock contains more than about 500 ppba (parts per billion atoms) of boron, a "significantly reduced amount" means that at least 75% of the boron-containing impurities are removed from the chlorosilane feedstock. be understood. Chlorosilane raw material
When containing between 50 and 500 ppba of boron, "significantly reduced amount" is understood to mean that at least 50% of the boron-containing impurities are removed from the chlorosilane feedstock. When a chlorosilane feed contains 50 ppba or less of boron, "significantly reduced amount" is understood to mean that at least 25% of the boron-containing impurities are removed from the chlorosilane feed by practicing the present invention.
In most cases, more than 90% of the boron-containing impurities are removed from the crude chlorosilane feed by passing the steam through a suitable silica adsorption column. The purified chlorosilane effluent stream is typically
Contains less than 100 ppba of boron, often less than 50 ppba. The capacity of most of the silicas tested in the method of the invention was in the range of 1500-2000 gHSiCl3 / gSiO2 . The boron content in the effluent increases as the capacity of the silica column is approached. When the boron content of the effluent reaches approximately 150 ppba boron,
The column is said to have reached a "breakthrough" level of boron and is considered nearly depleted. If more chlorosilane is passed through the column after the leakage point is reached, the boron content of the effluent will rapidly rise to a high level, approaching the level of boron in the feed chlorosilane. That is, if
If purification of chlorosilanes containing less than 150 ppba of boron is intended, this definition of "leakage" does not apply.
本発明方法は単独使用してクロロシランからホ
ウ素含有不純物を除去することができる。本方法
は所望により連続式、半連続式又はバツチ式にお
いて行うことができる。またこの精製法は他のク
ロロシラン精製法と組み合せて使用することもで
きる。例えば本発明方法は先行技術の反復蒸留手
順と共に使用することができる。最初の蒸留カラ
ムの前、蒸留カラム間、又は最終のカラムの後に
気相吸着カラムを配置することができる。また該
気相吸着技術は追加の蒸留を伴い、または伴わず
に水処理と組み合せて利用することもできる。こ
のような精製方法においては1個よりも多いシリ
カカラムを使用することができる。まさに本発明
方法の利点の一つは該方法を現行のクロロシラン
精製法に容易に導入することのできる点にある。
本発明方法と他法とを組み合せてクロロシランを
精製することの一つの利点は系のいずれかの一部
におけるプロセスアプセツト(操作の混乱)が多
結晶質ケイ素を生成するのに直接に利用すること
のできないクロロシランを生じさせる結果となる
可能性が殆どないということである。該アプセツ
トは気相吸着法において(例えば早期ホウ素漏
出)、又は該複合法のその他の部分において生ず
ることがある。本発明の精製方法と他の精製方法
とを組み合せることの、そのほかの利点は精製さ
れたクロロシランの品質の改良である。この複合
精製方式もまた連続式、半連続式又はバツチ式に
おいて操作することができる。 The process of the present invention can be used alone to remove boron-containing impurities from chlorosilanes. The process can be carried out continuously, semi-continuously or batchwise as desired. This purification method can also be used in combination with other chlorosilane purification methods. For example, the method of the present invention can be used with prior art iterative distillation procedures. A gas phase adsorption column can be placed before the first distillation column, between distillation columns, or after the last column. The gas phase adsorption technique can also be used in conjunction with water treatment, with or without additional distillation. More than one silica column can be used in such purification methods. Indeed, one of the advantages of the process of the invention is that it can be easily incorporated into current chlorosilane purification processes.
One advantage of combining the method of the present invention with other methods to purify chlorosilanes is that process upsets in any part of the system are directly utilized to produce polycrystalline silicon. This means that there is little possibility of resulting in the formation of unsuitable chlorosilanes. Such upsets may occur in gas phase adsorption processes (eg early boron leakage) or in other parts of the combined process. Another advantage of combining the purification method of the present invention with other purification methods is an improvement in the quality of the purified chlorosilane. This combined purification system can also be operated in continuous, semi-continuous or batch mode.
下記の実施例は本発明の説明のためであり、本
発明を限定するものではない。実施例1〜5及び
比較例1〜3は小さな実験室規模の装置において
行つた。実施例6及び7は、ずつと大きな規模の
装置を使用して本発明の実施について例証するも
のである。各実施例において、流出クロロシラン
のホウ素含有量は下記の分析手順を使用して測定
した。分析装置は全面的にテフロン(Teflon)
により構成して試料の汚染と試料の空気への露出
とを最小化した。該分析装置し試験すべき流出物
のための試料容器から成り、該容器はアルゴン導
入管と該試料容器の底に非常に接近して伸びてい
る浸漬管(diptube)とを有した。該浸漬管の上
部は、液体クロロシラン試料を該試料容器に入
れ、系をアルゴンにより加圧した時、該クロロシ
ランが該浸漬管を流れ上り、吸着充てんカラムの
頂部に入り、該充てんカラムを通過し、次いで受
器に向かつて出て行くように、受器に接続してい
た。該吸着カラムは無定形シリカ〔米国マサチユ
ーセツツ州ボストン市、キヤボツト コーポレー
シヨン(Cabot Corporation)社製のキヤボシル
(Cabosil)S−17〕、特にそのホウ素の低水準の
ものから選択したものを入れてあつた。該シリカ
は、アルゴンをまずウルトレツクス(Ultrex)
48%HF水溶液〔米国ニユーヨーク州、フイリツ
プスバーグ市、J.T.ベーカー(Baker)社製〕約
100mg上に通し、次いでカラム(シリカ約75mgを
収容)を通過させることによりフツ化水素処理を
した。HF蒸気を含有する該アルゴンを75〜150
ml/分の速度で45分間にわたりシリカに通した。
フツ素化されたカラムはアルゴンによるパージ後
に約0.5%のフツ素を含有した。実際上の分析の
ために、流出クロロシランを試料容器に入れた。
該試料容器を溶接級アルゴンにより加圧して、フ
ツ素化無定形シリカカラムに通してクロロシラン
毎時約50mlの液体溶出速度を与える。溶出の完了
後、アルゴンを約75〜150ml/時の速度で約45分
間にわたり分析カラムを通して流した。次いで該
分析カラムに吸着されたホウ素の濃度を原子発光
スペクトログラフイーにより測定した。実際には
該分析カラムは流出物中に存在するホウ素含有不
純物を濃縮するのに使用した。それ故、ホウ素の
検出限界は大部分、該分析カラムを通過する流出
物の量を関係する。流出物中におけるホウ素の量
は下記の計算式により定められる:
カラム中のホウ素の濃度(ppm)×カラム重量×F/試
料重量
〔式中、「カラム中のホウ素の濃度(ppm)」は分
析カラム上に吸着されたホウ素の濃度(100万部
当たりの部)であり、「カラム重量」は分析カラ
ム中の物質の重量であり、「試料重量」は分析カ
ラムを通過した流出クロロシランの重量であり、
「F」はホウ素のppm(重量)を所望のppbaに換
算するためのフアクターである〕。トリクロロシ
ランに対してはFは(1000(135.5)/10.8にほぼ
等しく、この場合135.5はトリクロロシランの分
子量であり、10.8はホウ素の原子量である。 The following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit it. Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 were conducted in small laboratory scale equipment. Examples 6 and 7 each illustrate the practice of the invention using larger scale equipment. In each example, the boron content of the effluent chlorosilane was determined using the analytical procedure described below. The analyzer is entirely made of Teflon.
was configured to minimize sample contamination and sample exposure to air. The analyzer consisted of a sample container for the effluent to be tested, which had an argon inlet tube and a diptube extending very close to the bottom of the sample container. The top of the dip tube is such that when a liquid chlorosilane sample is placed in the sample container and the system is pressurized with argon, the chlorosilane flows up the dip tube, enters the top of the adsorption packed column, and passes through the packed column. , and then connected to the receiver so as to exit toward the receiver. The adsorption column contained amorphous silica (Cabosil S-17, Cabot Corporation, Boston, Mass., USA), particularly selected for its low levels of boron. . The silica is prepared by first adding argon to Ultrex.
48% HF aqueous solution [manufactured by JT Baker, Phillipsburg, New York, USA] approx.
Hydrofluoric acid treatment was performed by passing over 100 mg of silica and then through a column (containing approximately 75 mg of silica). 75-150 argon containing HF vapor
Passed through silica at a rate of ml/min for 45 minutes.
The fluorinated column contained approximately 0.5% fluorine after purging with argon. For practical analysis, the effluent chlorosilane was placed in a sample container.
The sample container is pressurized with welding grade argon and passed through a fluorinated amorphous silica column to provide a liquid elution rate of about 50 ml per hour of chlorosilane. After elution was complete, argon was flowed through the analytical column at a rate of about 75-150 ml/hour for about 45 minutes. The concentration of boron adsorbed on the analytical column was then measured by atomic emission spectrography. In fact, the analytical column was used to concentrate boron-containing impurities present in the effluent. Therefore, the detection limit for boron is largely related to the amount of effluent passing through the analytical column. The amount of boron in the effluent is determined by the following formula: Boron concentration in the column (ppm) x Column weight x F/Sample weight [In the formula, "Boron concentration in the column (ppm)" is the concentration of boron in the analysis. is the concentration of boron adsorbed on the column (in parts per million), "column weight" is the weight of the material in the analytical column, and "sample weight" is the weight of the chlorosilane effluent passing through the analytical column. can be,
"F" is a factor for converting boron ppm (weight) to the desired ppba]. For trichlorosilane, F is approximately equal to (1000(135.5)/10.8, where 135.5 is the molecular weight of trichlorosilane and 10.8 is the atomic weight of boron.
比較例1〜3においては分析カラムを実際に実
験系統に直接に組み入れた。これらの例において
は、まず液体クロロシランを試験カラムに通し、
次いで分析カラムに直接に通した。該分析カラム
を定期的に取り出して流出物中のホウ素含量を測
定した。 In Comparative Examples 1 to 3, the analytical column was actually incorporated directly into the experimental system. In these examples, first the liquid chlorosilane is passed through the test column;
It was then passed directly through an analytical column. The analytical column was removed periodically to determine the boron content in the effluent.
実施例 1
本実施例はトリクロロシランからのホウ素含有
不純物の気相吸着を示す。使用したトリクロロシ
ランは約7900ppbaのホウ素を含有した。使用し
たシリカは米国メリーランド州、バルチモア市、
W.R.グレース アンド カンパニー(Grace
and Co.)社、ダビドソン ケミカル デイビジ
ヨン(Davidson Chemical Div.)社製のもので
あつた。ダビドソン等級12のシリカは遊離水含量
約4%、ヒドロキシル含量約3%、粒度28〜288
メツシユ、かさ密度約73Kg/m3、表面積約720〜
760m2/g、及び細孔容積約0.4c.c./gを有した。
該シリカの粒度分布は次のとおりであつた:28サ
ンプルの篩上に6%が残留し、65メツシユの篩上
に50%が残留し、150メツシユの篩上に85%が残
留し、200メツシユの篩上に94%が残留した。水
分含有量以外の、シリカに対するすべてのデータ
は販売者により提供されたものである。Example 1 This example demonstrates the gas phase adsorption of boron-containing impurities from trichlorosilane. The trichlorosilane used contained approximately 7900 ppba of boron. The silica used was from Baltimore City, Maryland, USA.
WR Grace and Company (Grace
and Davidson Chemical Div. Davidson grade 12 silica has a free water content of approximately 4%, a hydroxyl content of approximately 3%, and a particle size of 28 to 288.
Metsuyu, bulk density approx. 73Kg/ m3 , surface area approx. 720~
760 m 2 /g, and a pore volume of about 0.4 cc/g.
The particle size distribution of the silica was as follows: 6% remained on the 28-mesh sieve, 50% remained on the 65-mesh sieve, 85% remained on the 150-mesh sieve, and 200% remained on the 150-mesh sieve. 94% remained on the mesh sieve. All data for the silica, other than moisture content, were provided by the vendor.
使用した装置は、テフロン製であつた採集びん
以外はステンレス鋼により構成された。ホウ素不
純物により汚染されたクロロシランを窒素雰囲気
下に原料タンク内に仕込んだ、原料タンクのクロ
ロシラン疫痢上の窒素圧力を変えることにより、
系を通過するクロロシランの流量を調節した。液
体クロロシランは原料タンクを出るとロータメー
タを通過し、そこで液体トリクロロシランの流量
が監視された。液体クロロシランはロータメータ
後に、約4.5Kgの圧力下にスチームで加熱された
コイル状蒸発器に入る。該蒸発器においては十分
なスチームを使用して確実にすべてのクロロシラ
ンを蒸発させる。次いでクロロシラン蒸気を、シ
リカ吸着剤の入つた試験カラムに通す。蒸発器と
試験カラムとの間の導管及び試験カラム自体を熱
追跡(heat trace)し、クロロシランの沸点以上
の特定温度に注意深く保つ。クロロシラン蒸気は
試験カラム通過後に、ドライアイス温度において
凝縮され、これもまたドライアイスにより冷却さ
れたテフロン製容器に採集される。次いで該採集
物をホウ素含量について分析した。通常には実験
過程を通して数個のクロロシラン試料を採取し、
与えられたシリカの評価のために、ホウ素につい
て分析した。 The equipment used was constructed of stainless steel except for the collection bottle, which was made of Teflon. Chlorosilane contaminated with boron impurities was charged into a raw material tank under a nitrogen atmosphere, and by changing the nitrogen pressure above the chlorosilane in the raw material tank,
The flow rate of chlorosilane through the system was controlled. Upon exiting the feed tank, the liquid chlorosilane passed through a rotameter where the flow rate of liquid trichlorosilane was monitored. After the rotameter, the liquid chlorosilane enters a steam-heated coil evaporator under a pressure of about 4.5 Kg. Sufficient steam is used in the evaporator to ensure that all chlorosilane is evaporated. The chlorosilane vapor is then passed through a test column containing silica adsorbent. The conduit between the evaporator and the test column and the test column itself are heat traced and carefully maintained at a specified temperature above the boiling point of the chlorosilane. After passing through the test column, the chlorosilane vapor is condensed at dry ice temperature and collected in a Teflon container that is also cooled with dry ice. The harvest was then analyzed for boron content. Typically several chlorosilane samples are taken throughout the course of the experiment;
For the evaluation of a given silica, it was analyzed for boron.
空実験において、試験カラム中における吸着物
質の不存在下に約7900ppbaのホウ素を含有する
トリクロロシランをこの系に通した。試験カラム
の温度は50℃であつた。採集されたトリクロロシ
ランは約3600ppbaのホウ素を含有することがわ
かつた。 In a blank run, trichlorosilane containing approximately 7900 ppba of boron was passed through the system in the absence of adsorbent material in the test column. The temperature of the test column was 50°C. The collected trichlorosilane was found to contain approximately 3600 ppba of boron.
ダビドソン等級12のシリカ(456g)を試験カ
ラムに入れた。シリカの固定床は厚さ約2.5cmで
あつた。約7900ppbaのホウ素を含有するトリク
ロロシランを液体流量約1.34g/分において蒸発
器に供給した。トリクロロシラン蒸気を約
8.2m/分の速度において、約0.2秒の滞留時間を
以て該試験カラムに通した。試験カラムの温度は
50℃であつた。該固定床を越えての圧力降下は約
0Kg/cm2であつた。全部で482gのトリクロロシ
ラン蒸気を該シリカ固定床を通過させた。流出物
のいずれにおいてもホウ素は検出されなかつた
(検出限界はHSiCl3試料の大きさに基づき、約
60ppbaであつた)。このシリカカラムの能力は
1060gHSiCl3/gSiO2よりも大きかつた。カラム
に通すことにより99.2%以上のホウ素が除去され
た。ホウ素の「漏出」は観察されなかつた。 Davidson grade 12 silica (456 g) was placed in the test column. The fixed bed of silica was approximately 2.5 cm thick. Trichlorosilane containing about 7900 ppba of boron was fed to the evaporator at a liquid flow rate of about 1.34 g/min. Trichlorosilane vapor approx.
It passed through the test column at a speed of 8.2 m/min with a residence time of approximately 0.2 seconds. The temperature of the test column is
It was 50℃. The pressure drop across the fixed bed was approximately 0 Kg/cm 2 . A total of 482 g of trichlorosilane vapor was passed through the fixed bed of silica. No boron was detected in any of the effluents (detection limit is based on the size of the HSiCl 3 sample, approximately
60ppba). The capacity of this silica column is
It was larger than 1060gHSiCl 3 /gSiO 2 . More than 99.2% of boron was removed by passing through the column. No "leakage" of boron was observed.
空実験と等級12のシリカを含む実験とを比較す
ることにより、本実施例及び他の実施例に記載さ
れるホウ素不純物の減少は単にクロロシランの蒸
発及び凝縮によるのではなくシリカによることが
わかる。 A comparison of the blank run and the run containing grade 12 silica shows that the reduction in boron impurities described in this and other examples is due to the silica and not simply to chlorosilane evaporation and condensation.
実施例 2
本実施例もまたクロロシランからのホウ素不純
物の気相吸着を示す。前記実施例1に記載の装置
を使用した。使用したトリクロロシラン原料(ホ
ウ素約7900ppbaを含有する)及びシリカ(ダビ
ドソン等級12)は実施例1に使用したものと同一
であつた。シリカ約785mgを試験カラムに入れた。
次いでトリクロロシラン(379g)を液体流量0.36
c.c./分において系を通過させ、シリカ固定床にお
ける蒸気滞留時間は約0.9秒となつた。該固定床
の温度は50℃であつた。固定床を越えての圧力降
下は約0Kg/cm2であつた。流出物中にホウ素は検
出されなかつた(検出限界約30ppba)。トリクロ
ロシランの精製に対するシリカの能力は
506gHSiCl3/gSiO2よりも大きく、ホウ素除去率
は99.6%以上であつた。ホウ素の「漏出」は観察
されなかつた。Example 2 This example also demonstrates the gas phase adsorption of boron impurities from chlorosilanes. The apparatus described in Example 1 above was used. The trichlorosilane feedstock (containing approximately 7900 ppba of boron) and silica (Davidson grade 12) used were the same as those used in Example 1. Approximately 785 mg of silica was placed in the test column.
Then add trichlorosilane (379g) at a liquid flow rate of 0.36
cc/min through the system, resulting in a vapor residence time of approximately 0.9 seconds in the fixed bed of silica. The temperature of the fixed bed was 50°C. The pressure drop across the fixed bed was approximately 0 Kg/cm 2 . No boron was detected in the effluent (detection limit approximately 30 ppba). The ability of silica to purify trichlorosilane is
It was larger than 506gHSiCl 3 /gSiO 2 , and the boron removal rate was 99.6% or more. No "leakage" of boron was observed.
実施例 3
前記実施例1に記載されたものと同様な方式及
び材料を使用してホウ素3500ppbaを含有するト
リクロロシランを、50℃においてダビドソン等級
12のシリカ(遊離水含量約4%、ヒドロキシル含
量約3%)を使用する気相吸着法により精製し
た。試験カラムにはSiO2466mgを入れた。該カラ
ムにおける蒸気の滞留時間は0.2秒であつた。
HSiCl3合計944gが精製された後において、流出
物はなおも検出不能量(50ppba以下)のホウ素
を含有した。このシリカの能力は2025gHSiCl3/
gSiO2以上であり、ホウ素除去率は98.6%以上で
あつた。Example 3 Trichlorosilane containing 3500 ppba of boron was prepared to Davidson grade at 50° C. using a method and materials similar to those described in Example 1 above.
Purification was performed by gas phase adsorption using No. 12 silica (free water content approximately 4%, hydroxyl content approximately 3%). The test column was loaded with 466 mg of SiO2 . The residence time of vapor in the column was 0.2 seconds.
After a total of 944 g of HSiCl 3 had been purified, the effluent still contained undetectable amounts (<50 ppba) of boron. The capacity of this silica is 2025gHSiCl 3 /
gSiO 2 or higher, and the boron removal rate was 98.6% or higher.
比較例 1
本例はダビドソン等級12のシリカを使用するト
リクロロシランからのホウ素不純物の液相吸着を
示す。シリカの遊離水含量は約4%、ヒドロキシ
ル含量は約3%であつた。装置はステンレス鋼及
びテフロンにより構成された。窒素導管に連結さ
れた原料タンクにクロロシランを仕込んだ。窒素
の圧力を変えることによりクロロシランの流量を
調節した。原料タンクからクロロシランを、直列
に取り付けた3本のテフロン製試験カラム(内径
0.64cm、長さ5.1cm)内に通した。該試験カラム
には試験すべきシリカが入つていた。クロロシラ
ンは試験カラムを通過した後、分析カラムを通つ
て流れ、次いで精製物回収容器に流入した。分析
カラムにはHF処理した無定形シリカのキヤボシ
ル(Cabosil)S−17の約100mgが入つていた。該
分析カラムを屡々取り出して流出液のホウ素含量
を分析した。それぞれのホウ素分析後に新しい分
析カラムを使用した。Comparative Example 1 This example demonstrates liquid phase adsorption of boron impurities from trichlorosilane using Davidson Grade 12 silica. The free water content of the silica was about 4% and the hydroxyl content was about 3%. The device was constructed of stainless steel and Teflon. Chlorosilane was charged into a raw material tank connected to a nitrogen conduit. The flow rate of chlorosilane was controlled by varying the nitrogen pressure. Three Teflon test columns (inner diameter
0.64 cm, length 5.1 cm). The test column contained the silica to be tested. After passing through the test column, the chlorosilane flowed through the analytical column and then into the purified product collection vessel. The analytical column contained approximately 100 mg of HF-treated amorphous silica Cabosil S-17. The analytical column was frequently removed and the effluent was analyzed for boron content. A new analytical column was used after each boron analysis.
該トリクロロシラン原料はホウ素7650ppbaを
含有した。各試験カラムはシリカ合計3.19gに対
し約1gのシリカを収容していた。系は周囲温度
(約22℃)において操作した。系にHSiCl3662gを
通した後、流出液のホウ素含量は未だ検出限界
(約90ppba)以下であつた。更にHSiCl3189gを通
すことにより流出液はホウ素126ppbaを含有する
に至つた。更に214gのHSiCl3により流出液は
740ppbaのホウ素水準になつた。従つて、該シリ
カが「漏出」水準に達したのは、前記2回の
HSiCl3の通過(通過液量=662g+189g=851g)
と前記3回のHSiCl3の通過(通過液量=662g+
189g+214g=1065g)との間である。故に、該シ
リカの「漏出」能力はこれらの通過液量をシリカ
合計量3.19gで割つた値、即ち851/3.19≒
270gHSiCl3/gSiO2及び1065/3.19≒
330gHSiCl3/gSiO2の間となる。また、「漏出」
前においてホウ素の98.8%以上が除去された。 The trichlorosilane feed contained 7650 ppba of boron. Each test column contained approximately 1 g of silica for a total of 3.19 g. The system was operated at ambient temperature (approximately 22°C). After passing 662 g of HSiCl 3 through the system, the boron content of the effluent was still below the detection limit (approximately 90 ppba). By passing an additional 189 g of HSiCl 3 , the effluent contained 126 ppba of boron. An additional 214 g of HSiCl 3 reduced the effluent to
Boron levels reached 740ppba. Therefore, the silica reached the "leakage" level on the two occasions mentioned above.
Passage of HSiCl 3 (passed liquid amount = 662g + 189g = 851g)
and the above three passes of HSiCl 3 (passed liquid amount = 662g +
189g + 214g = 1065g). Therefore, the "leakage" capacity of the silica is the amount of these passing liquids divided by the total amount of silica, 3.19 g, or 851/3.19≒
270gHSiCl3 / gSiO2 and 1065/3.19≒
It is between 330gHSiCl 3 /gSiO 2 . Also, "leakage"
More than 98.8% of boron was removed in the previous step.
前記実施例1、2、及び3と比較例1とを比較
することにより、気相吸着により得られる優れた
成績が明らかに示される。 A comparison of Examples 1, 2, and 3 with Comparative Example 1 clearly shows the excellent results obtained by gas phase adsorption.
実施例 4
本実施例はシリカ固定床による気相吸着を利用
する、トリクロロシランの比較的に純粋な試料の
精製について例証する。使用した装置は前記実施
例1に記載されたものである。原料トリクロロシ
ランはホウ素410ppbaを含有した。シリカ
(466g)はダビドソン等級12であり、遊離水含量
が約4%、ヒドロキシル含量が約3%であつた。
カラムの温度は50℃であつた。シリカカラムにお
ける蒸気速度は約8.2m/分であつた。固定床を
越えての圧力降下は約0Kg/cm2であつた。590g
のHSiCl3がカラムを通過した後においても、流
出物は検出不能なホウ素水準を有していた。検出
限界は約40ppbaであつた。比較的に純粋なトリ
クロロシランからのホウ素の除去に対するシリカ
の能力は1266gHSiCl3/gSiO2以上であつた。ホ
ウ素不純物の90%以上が除去された。Example 4 This example illustrates the purification of a relatively pure sample of trichlorosilane using gas phase adsorption on a fixed bed of silica. The equipment used was that described in Example 1 above. The starting trichlorosilane contained 410 ppba of boron. The silica (466 g) was Davidson grade 12 and had a free water content of about 4% and a hydroxyl content of about 3%.
The column temperature was 50°C. The vapor velocity in the silica column was approximately 8.2 m/min. The pressure drop across the fixed bed was approximately 0 Kg/cm 2 . 590g
The effluent had undetectable boron levels even after 300 ml of HSiCl 3 had passed through the column. The detection limit was approximately 40 ppba. The ability of silica to remove boron from relatively pure trichlorosilane was greater than 1266 gHSiCl 3 /gSiO 2 . More than 90% of boron impurities were removed.
比較例 2
本例はシリカ固定床による液相吸着を利用す
る、トリクロロシランの比較的に純粋な試料の精
製についての試みを例証する。トリクロロシラン
試料はホウ素455ppbaを含有していた。シリカ
(2.99g)はダビドソン等級12であり、遊離水含量
が約4%、ヒドロキシル含量が約3%であつた。
系を通過するトリクロロシランの流量は約1c.c./
分であつた。系の温度は約22℃であつた。402g
のHSiCl3を固定床に通してから第1回のホウ素
の測定を行つた。流出液はホウ素187ppbaを含有
していた。したがつて、比較的に純粋なHSiCl3
の精製に対する液相吸着方式の能力は
134gHSiCl3/gSiO2以下であり、ホウ素除去率は
わずかに約60%であつた。Comparative Example 2 This example illustrates an attempt to purify a relatively pure sample of trichlorosilane using liquid phase adsorption on a fixed bed of silica. The trichlorosilane sample contained 455 ppba of boron. The silica (2.99 g) was Davidson grade 12 and had a free water content of about 4% and a hydroxyl content of about 3%.
The flow rate of trichlorosilane through the system is approximately 1 c.c./
It was hot in minutes. The temperature of the system was approximately 22°C. 402g
of HSiCl 3 was passed through the fixed bed before the first boron measurement was performed. The effluent contained 187 ppba of boron. Therefore, relatively pure HSiCl 3
The ability of liquid phase adsorption method for the purification of
It was less than 134gHSiCl 3 /gSiO 2 , and the boron removal rate was only about 60%.
前記実施例4と比較例2とを比較することによ
り気相吸着法の優秀性が明示される。 By comparing Example 4 and Comparative Example 2, the superiority of the gas phase adsorption method is clearly demonstrated.
実施例 5
本実施例は異なつたシリカを吸着剤として使用
する気相吸着手順によるトリクロロシランの精製
を示す。使用したシリカは、表面積約190m2/g、
平均粒径18ミクロン、かさ密度約200g/、ヒ
ドロキシル含量約3%、及び製造者からの発送時
における遊離水含量約6%を有するシペルナツト
(Sipernat)22〔米国ニユージヤージー州、テタ−
ボロ市、デグツサ(Degussa)社製〕であつた。
前記実施例1に記載の装置及び手順を使用した。
シリカ(300mg)を試験カラムに仕込んだ。該試
験カラムの温度は50℃であつた。該未精製トリク
ロロシランはホウ素5700ppbaを含有した。試験
カラムを通過する蒸気の流れは4.0m/分であつ
た。該カラムにおける蒸気の滞留時間は約0.8秒
であつた。299gのHSiCl3が該カラムを通過した
後において、得られた流出物はホウ素56ppbaを
含有していた。更に170gのHSiCl3蒸気を該カラ
ムに通したとき、流出物はホウ素49ppbaを含有
していた。カラム(長さ約5cm)を越えての圧力
降下は約18.5Kg/cm2/mであつた。吸着剤の能力
は1560gHSiCl3/gSiO2以上であり、ホウ素の約
99.1%が除去された。Example 5 This example demonstrates the purification of trichlorosilane by a gas phase adsorption procedure using different silicas as adsorbents. The silica used has a surface area of approximately 190 m 2 /g,
Sipernat 22, Teter, New Jersey, USA, with an average particle size of 18 microns, a bulk density of approximately 200 g/2, a hydroxyl content of approximately 3%, and a free water content of approximately 6% as shipped from the manufacturer.
It was made by Degussa, Boro City.
The equipment and procedures described in Example 1 above were used.
Silica (300 mg) was charged to the test column. The temperature of the test column was 50°C. The crude trichlorosilane contained 5700 ppba of boron. The vapor flow through the test column was 4.0 m/min. The residence time of vapor in the column was approximately 0.8 seconds. After 299 g of HSiCl 3 had passed through the column, the resulting effluent contained 56 ppba of boron. When an additional 170 g of HSiCl 3 vapor was passed through the column, the effluent contained 49 ppba of boron. The pressure drop across the column (about 5 cm long) was about 18.5 Kg/cm 2 /m. The capacity of the adsorbent is more than 1560gHSiCl 3 /gSiO 2 , which is approximately
99.1% removed.
同様な実験において、シリカカラムにおける蒸
気の滞留時間を約1.3秒に増加させた点を除いて、
上記と同一の実験条件下にデグツサシペルナツト
22のシリカ(265mg)の新しい試料を使用した。
上記の未精製トリクロロシラン(ホウ素
5700ppba)約290gの通過後において、流出物は
検出可能量のホウ素(30ppba以下)を含有して
いなかつた。ホウ素の除去に対する、このシリカ
の能力は1094gHSCl3/gSiO2以上であり、ホウ
素の約99.5%が除去された。カラムを越えての圧
力低下は約6.9Kg/cm2/mであつた。 In a similar experiment, except that the vapor residence time in the silica column was increased to approximately 1.3 seconds,
Degustation sash per nuts under the same experimental conditions as above.
A fresh sample of 22 silica (265 mg) was used.
Unpurified trichlorosilane (boron
After passing approximately 290 g (5700 ppba), the effluent contained no detectable amounts of boron (less than 30 ppba). The capacity of this silica for boron removal was greater than 1094 gHSCl 3 /gSiO 2 and about 99.5% of boron was removed. The pressure drop across the column was approximately 6.9 Kg/cm 2 /m.
比較例 3
本例はデグツサシペルナツト22のシリカを使用
する液相吸着によるトリクロロシランの精製を示
す。使用した手順及び装置は前記比較例1に記載
のものと同一であつた、シリカ(245g)は前記
実施例5に記載のものであつた。液体トリクロロ
シラン(ホウ素8024ppba)を約1.2c.c./分の速度
及び周囲温度(22℃)においてシリカカラムを通
過させた。トリクロロシラン166gの通過後に、
流出液はホウ素517ppbaを含有していた。該シリ
カカラムの能力は678gHSiCl3/gSiO2以下であ
り、ホウ素除去率は約94%であつた。Comparative Example 3 This example demonstrates the purification of trichlorosilane by liquid phase adsorption using Degutsu Sacipelnut 22 silica. The procedure and equipment used were the same as described in Comparative Example 1 above, and the silica (245 g) was as described in Example 5 above. Liquid trichlorosilane (8024 ppba boron) was passed through the silica column at a rate of approximately 1.2 cc/min and at ambient temperature (22°C). After passing 166g of trichlorosilane,
The effluent contained 517 ppba of boron. The capacity of the silica column was 678 gHSiCl 3 /gSiO 2 or less, and the boron removal rate was about 94%.
前記実施例5と本比較例3とを検討することに
より、吸着剤としてデグツサシペルナツト22シリ
カを使用する液相吸着に優る気相吸着の優秀性が
明らかにわかる。 By examining Example 5 and Comparative Example 3, it is clear that gas phase adsorption is superior to liquid phase adsorption using Degutsusa Cipernat 22 silica as an adsorbent.
下記実施例6及び7は「小型装置(mini−
plant)」規模における本発明の実施について例証
する。液体クロロシランをロータメータを通して
系に供給した。該液体トリクロロシランを該ロー
タメータから蒸発器内に通した。炭素鋼製の該蒸
発器は、コイル形状の0.64cmのステンレス鋼製導
管約7.9mを内蔵する内径約10.2cm長さ約0.61mの
ジヤケツトから成るものであつた。このコイル状
導管に13.6Kgのスチームを通過させて該蒸発器を
約120℃において操作するようにした。次いで熱
追跡(heat trace)した(約70℃)炭素鋼製導管
を通してトリクロロシラン蒸気を固定床吸着ユニ
ツトに輸送した。該固定床吸着ユニツトは炭素鋼
製であり、長さ30cm及び直径6.3cmを有した。350
ワツトの管状ヒーター3個を該吸着ユニツトの外
側に取り付けた。支持板上に取り付けた325メツ
シユのステンレス鋼製金網によつてシリカを該吸
着ユニツトに収容させた。蒸気状のトリクロロシ
ランを該吸着ユニツトから、用水(約25℃)によ
り冷却された試料冷却器内に通した。次いで凝縮
したトリクロロシランを採集した。 Examples 6 and 7 below are “mini-
The implementation of the invention on a "plant" scale is illustrated. Liquid chlorosilane was fed into the system through a rotameter. The liquid trichlorosilane was passed from the rotameter into the evaporator. The carbon steel evaporator consisted of a jacket approximately 10.2 m inside diameter and approximately 0.61 m long containing approximately 7.9 m of 0.64 cm stainless steel conduit in the form of a coil. 13.6 Kg of steam was passed through the coiled conduit so that the evaporator operated at approximately 120°C. The trichlorosilane vapor was then transported through a heat traced (approximately 70°C) carbon steel conduit to a fixed bed adsorption unit. The fixed bed adsorption unit was made of carbon steel and had a length of 30 cm and a diameter of 6.3 cm. 350
Three Watt tubular heaters were attached to the outside of the adsorption unit. Silica was contained in the adsorption unit by a 325 mesh stainless steel gauze mounted on a support plate. Vaporous trichlorosilane was passed from the adsorption unit into a sample cooler cooled by service water (approximately 25°C). The condensed trichlorosilane was then collected.
実施例 6
本実施例は上記「小型装置」系を使用する吸着
法に対する温度の影響を示す。遊離水2重量%及
び全ヒドロキシル3.0%を含有するダビドソン等
級12のシリカを使用した。各実験においてシリカ
1.0Kgの吸着ユニツトに装入した。該未精製シリ
カはホウ素約8000ppbaを含有した。系を通過す
るトリクロロシランの流量は15.9Kg/時であつ
た。固定床を越えての圧力降下は、すべての実験
において0.15〜0.3Kg/cm2の範囲内であつた。実
験1において吸着ユニツトは平均温度85℃であ
り、温度範囲は73〜99℃であつた。実験2におい
てシリカゲル床の平均温度は74℃であり、温度範
囲は63〜85℃であつた。実験3においては平均温
度は62℃であり、温度範囲は59〜64℃であつた。
実験1においては400gHSiCl3/gSiO2の通過後
に、流出物はホウ素380ppbaを含有していた。し
たがつて平均温度85℃において、固定床の能力は
400gHSiCl3/gSiO2以下であり、ホウ素除去率は
約95%であつた。実験2においては
400gHSiCl3/gSiO2の通過後に、流出物はホウ素
15ppbaを含有し、1485gHSiCl3/gSiO2の通過後
に流出物はホウ素85ppbaを含有し、そして
1950gHSiCl3/gSiO2処理後に流出物はホウ素
3000ppbaを含有していた。したがつて操作温度
約74℃において、トリクロロシランの精製に対す
る該シリカの能力は1485gHSiCl3/gSiO2と
1950gHSiCl3/gSiO2との間であり、ホウ素除去
率は約98.9%であつた。実験3においてはシリカ
床を通して500gHSiCl3/gSiO2の通過後に、流出
物はホウ素15ppba以下を含有し、1000gHSiCl3/
gSiO2の通過後にホウ素15ppbaを含有し、そして
1530gHSiCl3/gSiO2がシリカ固定床を通過後に
該流出物はわずかに60ppbaのホウ素を含有して
いた。したがつて、ホウ素吸着に対するシリカの
能力は約62℃の温度において1500gHSiCl3/
gSiO2以上であり、ホウ素の約99.2%が除去され
た。Example 6 This example demonstrates the effect of temperature on an adsorption process using the "miniature device" system described above. Davidson grade 12 silica containing 2% free water and 3.0% total hydroxyls was used. Silica in each experiment
It was loaded into a 1.0Kg adsorption unit. The crude silica contained approximately 8000 ppba of boron. The flow rate of trichlorosilane through the system was 15.9 Kg/hr. The pressure drop across the fixed bed was in the range of 0.15-0.3 Kg/cm 2 in all experiments. In Experiment 1, the adsorption unit had an average temperature of 85°C and a temperature range of 73-99°C. In Experiment 2, the average temperature of the silica gel bed was 74°C, and the temperature range was 63-85°C. In Experiment 3, the average temperature was 62°C and the temperature range was 59-64°C.
In experiment 1, after passing 400 g HSiCl 3 /g SiO 2 , the effluent contained 380 ppba boron. Therefore, at an average temperature of 85°C, the fixed bed capacity is
It was 400gHSiCl 3 /gSiO 2 or less, and the boron removal rate was about 95%. In experiment 2
After passing through 400gHSiCl3 / gSiO2 , the effluent contains boron
After passing through 1485gHSiCl 3 /gSiO 2 the effluent contains 85ppba boron, and
After 1950gHSiCl3 / gSiO2 treatment, the effluent is boron
It contained 3000ppba. Therefore, at an operating temperature of about 74° C., the capacity of the silica for the purification of trichlorosilane is 1485 gHSiCl 3 /g SiO 2 .
The boron removal rate was between 1950 gHSiCl 3 /gSiO 2 and about 98.9%. In experiment 3, after passing 500 g HSiCl 3 /g SiO 2 through the silica bed, the effluent contained less than 15 ppba boron and 1000 g HSiCl 3 /g SiO 2 .
contains 15 ppba of boron after passing through gSiO2 , and
The effluent contained only 60 ppba boron after 1530 g HSiCl 3 /g SiO 2 passed through the fixed bed of silica. Therefore, the capacity of silica for boron adsorption is 1500gHSiCl3 /at a temperature of about 62°C.
gSiO2 or more, and about 99.2% of boron was removed.
これらの結果に基づき、トリクロロシランから
のホウ素除去に当たつて最高の能力及び効率を得
るためには、固定床吸着ユニツトの温度を約85℃
の平均温度以下にとどめることが好ましい。 Based on these results, the temperature of the fixed bed adsorption unit should be approximately 85°C for maximum capacity and efficiency in removing boron from trichlorosilane.
It is preferable to keep the temperature below the average temperature.
実施例 7
本実施例は、本発明の手順により精製されたト
リクロロシランから製造することのできる多結晶
質ケイ素の品質を示す。該「小型装置」気相吸着
系を使用した。実験1においてはダビドソン等級
12のシリカ(実施例6において使用されたもの)
1.0Kgを固定床において使用した。吸着ユニツト
は平均温度70℃(温度範囲:66〜75℃)に保つ
た。ホウ素約2700ppbaを含有するトリクロロシ
ランを流量15.9Kg/時において固定床を通過させ
た。該固定床を越えての圧力降下は0.3Kg/cm2で
あつた。1440gHSiCl3/gSiO2の能力において流
出物は検出可能量のホウ素(検出限界はホウ素
14ppbaであつた)を含有していた。流出トリク
ロロシランを使用する慣用の水素還元技術により
製造し、なんら追加の精製を行わない多結晶質ケ
イ素はホウ素0.20ppbaを含有した。当業者に知ら
れているように、前記実験1において使用した未
精製トリクロロシランから製造し、なんら精製を
行わない多結晶質ケイ素は恐らくホウ素
1000ppba以上を含有するであろう。Example 7 This example demonstrates the quality of polycrystalline silicon that can be produced from trichlorosilane purified by the procedure of the present invention. The "miniature device" gas phase adsorption system was used. In experiment 1, Davidson magnitude
12 silica (used in Example 6)
1.0Kg was used in a fixed bed. The adsorption unit was maintained at an average temperature of 70°C (temperature range: 66-75°C). Trichlorosilane containing approximately 2700 ppba of boron was passed through the fixed bed at a flow rate of 15.9 Kg/hr. The pressure drop across the fixed bed was 0.3 Kg/cm 2 . At a capacity of 1440 g HSiCl 3 /g SiO 2 the effluent contains detectable amounts of boron (the detection limit is
It contained 14 ppba). The polycrystalline silicon, prepared by conventional hydrogen reduction techniques using effluent trichlorosilane and without any additional purification, contained 0.20 ppba of boron. As is known to those skilled in the art, the polycrystalline silicon produced from the crude trichlorosilane used in Experiment 1 above and without any purification is likely to contain boron.
It will contain more than 1000 ppba.
実験2においては、異なつたロツトのダビドソ
ン等級12のシリカ1.0Kgを吸着ユニツトにおいて
使用した。このシリカは遊離水を含有せず、全ヒ
ドロキシルの約1.0%を含有した。未精製クロロ
シランはホウ素約100ppbaを含有しており、これ
を63℃と71℃との間の温度及び15.4Kg/時の流量
において固定シリカ床を通過させた。このシリカ
の能力は1080gHSiCl3/gSiO2以上であり、流出
物中のホウ素は20ppba以下であつた。この流出
物(それ以上精製せず)から製造した多結晶質ケ
イ素はホウ素0.03ppbaを含有した。ホウ素
100ppbaを有するトリクロロシランから製造した
多結晶質ケイ素はホウ素10〜20ppba又はそれ以
上を含有するものと概算される。 In experiment 2, 1.0 kg of Davidson grade 12 silica from different lots was used in the adsorption unit. This silica contained no free water and approximately 1.0% of total hydroxyls. The crude chlorosilane contained approximately 100 ppba of boron and was passed through a fixed silica bed at a temperature between 63°C and 71°C and a flow rate of 15.4 Kg/hr. The capacity of this silica was greater than 1080 gHSiCl 3 /gSiO 2 and the boron in the effluent was less than 20 ppba. Polycrystalline silicon produced from this effluent (without further purification) contained 0.03 ppba of boron. boron
Polycrystalline silicon made from trichlorosilane with 100 ppba is estimated to contain 10-20 ppba or more of boron.
第1図 活性水素のLiAl(NBu2)4滴定用ビユ
レツトの略図。
Figure 1: Schematic diagram of a bulette for titration of active hydrogen with LiAl(NBu 2 ) 4 .
Claims (1)
ロロシラン、及びテトラクロロシランより成る群
から選択され、しかもホウ素含有不純物により汚
染されているクロロシランの精製方法において、
順に、 (A) クロロシランを気相においてシリカ床を通過
させ、ここで前記シリカ床は本工程(A)の操作圧
力下における該クロロシランの沸点よりも3℃
以上高い温度であり、そして前記シリカ床は約
0〜10重量%の遊離水および約0.25重量%以上
の全ヒドロキシルを含有するシリカよりなり、
次いで (B) ホウ素含有不純物の量が有意に減少されてい
る精製クロロシランを採集する、 ことを特徴とする前記方法。 2 シリカの全ヒドロキシル含有量が約1.0%以
上であり、しかもシリカ床の温度が85℃以下であ
る、特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 クロロシランを気相において、吸着カラム中
のシリカ固定床を通過させる特許請求の範囲第1
項記載の方法。 4 シリカ固定床の温度が50℃と75℃との間であ
る特許請求の範囲第3項記載の方法。 5 前記シリカ床の温度が85℃よりも低く、前記
シリカが500m2/g以上の表面積と、65メツシユ
の篩上に粒子の35〜65%が残留するような粒度分
布とを有する、特許請求の範囲第1項記載の方
法。 6 シリカ床の温度が50℃と75℃との間であり、
しかも該シリカの総ヒドロキシル全含量が約1.0
%以上である特許請求の範囲第5項記載の方法。[Claims] 1. A method for purifying chlorosilane selected from the group consisting of monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane, and which is contaminated with boron-containing impurities, comprising:
(A) passing a chlorosilane in the gas phase through a bed of silica, wherein said silica bed is 3° C. below the boiling point of the chlorosilane under the operating pressure of step (A);
or higher temperature, and the silica bed comprises silica containing about 0-10% by weight free water and about 0.25% by weight or more total hydroxyls;
and then (B) collecting purified chlorosilane in which the amount of boron-containing impurities is significantly reduced. 2. The method of claim 1, wherein the total hydroxyl content of the silica is greater than or equal to about 1.0%, and the temperature of the silica bed is less than or equal to 85°C. 3. Claim 1 in which chlorosilane is passed through a fixed bed of silica in an adsorption column in the gas phase.
The method described in section. 4. The method of claim 3, wherein the temperature of the fixed bed of silica is between 50°C and 75°C. 5 The temperature of the silica bed is lower than 85°C, and the silica has a surface area of 500 m 2 /g or more and a particle size distribution such that 35 to 65% of the particles remain on a 65 mesh sieve. The method described in item 1. 6 The temperature of the silica bed is between 50°C and 75°C,
Moreover, the total hydroxyl content of the silica is approximately 1.0.
% or more, the method according to claim 5.
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